คลังเก็บเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมา

ข้อเท็จจริง

• เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วของดรงไฟฟ้าฟูกูชิมาไดอิชิ เก็บไว้ใน 7 บ่อ (ในบ่อเก็บของเครื่องปฏิกรณ์แต่ละแห่ง และบ่อกลางอีก 1 แห่ง) และเก็บไว้ในคลังเก็บแบบแห้งอีก 1 แห่ง (มี 7 ถัง)
• 60% ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วอยู่ในบ่อกลาง ซึ่งเป็นอาคารแยกออกไปจากอาคารเครื่องปฏิกรณ์ 34% ของเชื้อเพลิงใช้แล้วแยกออกไปอยู่ในบ่อเก็บภายในอาคารเครื่องปฏิกรณ์ 6 แห่ง ส่วนอีก 6% ที่เหลือ เก็บอยู่ในถังเก็บแบบแห้ง
• บ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วทำด้วยคอนกรีตอัดแรง และบุภายในด้วยเหล็กไร้สนิมเพื่อป้องกันแท่งเชื้อเพลิง ตัวบ่อได้รับการออกแบบให้รักษาระดับน้ำและอุณหภูมิ เพื่อระบายความร้อนและป้องกันรังสี
• ระดับน้ำในบ่อเก็บเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว ปกติจะสูงกว่ามัดเชื้อเพลิง 16 ฟุต
• บ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วของเครื่องปฏิกรณ์ฟูกูชิมาไดอิชิ ตั้งอยู่ส่วนบนของอาคารเครื่องปฏิกรณ์ เพื่อให้สะดวกต่อการปฏิบัติงานในการเปลี่ยนเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์
• บ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว ถูกออกแบบมาไม่ให้ระบายน้ำออก ซึ่งจะทำให้เปรอะเปื้อนต่อท่อและระบบหล่อเย็น จะไม่มีการระบายน้ำออกมาทางด้านข้างหรือจากด้านใต้บ่อ ทางเดียวที่จะระบายน้ำออกมาอย่างรวดเร็ว คือ การทำลายโครงสร้างของผนังหรือพื้นบ่อ เหตุการณ์เมื่อวันที่ 15 มีนาคม จึงไม่แน่ชัดว่าได้เกิดเหตุนี้ขึ้น

จะเกิดอะไรได้บ้างระหว่างอุบัติเหตุ

• ระบบระบายความร้อนและรักษาระดับน้ำถูกออกแบบมาให้คงทนต่อเหตุการณ์รุนแรง ถ้าระบบเหล่านี้ไม่ทำงาน ความร้อนจากเชื้อเพลิงใช้แล้วจะทำให้อุณหภูมิในบ่อสูงขึ้นช้าๆ อุณหภูมิปกติของบ่ออยู่ที่ประมาณ 40 เซลเซียสหรือ 100 ฟาห์เรนไฮต์ (จุดเอดของน้ำอยู่ที่100 เซลเซียสหรือ 212 ฟาห์เรนไฮต์) การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอย่างช้าๆ จะทำให้อัตราการระเหยสูงขึ้น โดยจะไม่มีการระเหยแบบรวดเร็ว
• อัตราการระเหยขึ้นกับปริมาณเชื้อเพลิงในบ่อเก็บและระยะเวลาที่ผ่านการเก็บ อัตราการลดระดับ (เนื่องจากการะเหยและการเดือด) เมื่อระบบระบายความร้อนไม่ทำงาน คาดว่าน้อยกว่าไม่กี่เปอร์เซ็นต์ต่อวัน ที่ระดับน้ำประมาณ 16 ฟุต เหนือมัดเชื้อเพลิง เจ้าหน้าที่จะมีเวลาหลายสัปดาห์ในการหาวิธีเพิ่มปริมาณน้ำให้กับบ่อ ก่อนที่แท่งเชื้อเพลิงจะปรากฏพ้นน้ำ เช่น การใช้สายดับเพลิงฉีดน้ำ
• ถ้าระดับน้ำลดลงต่ำกว่าความสูงของมัดเชื้อเพลิง จะทำให้เกิดไอของปฏิกิริยาออกซิเดชันของเซอร์โคเนียมที่หุ้มเชื้อเพลิง ซึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของเซอร์โคเนียมนี้ ทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจน อัตราการเกิดขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของมัดเชื้อเพลิง อุณหภูมิที่สูงมากขึ้นจะทำให้อัตราการเกิดก๊าซไฮโดรเจนสูงมากขึ้นด้วย
• เมื่อระ ดับน้ำในบ่อเก็บเชื้อเพลิงลดต่ำลงจนแท่งเชื้อเพลิงสัมผัสกับอากาศ ความร้อนที่เกินขีดจำกัดที่เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์จะไม่เหมือนกับในบ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว เนื่องจากมัดเชื้อเพลิงใช้แล้วในบ่อเก็บมีอุณหภูมิต่ำกว่ามัดเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ จึงไม่น่าเป็นไปได้ที่จะที่เชื้อเพลิงใช้แล้วจะมีอุณหภูมิสูงจนถึงจุดหลอมละลาย แต่ความเสียหายของปลอกหุ้มแท่งเชื้อเพลิงก็อาจเกิดขึ้นได้ ถ้าปลอกหุ้มแท่งเชื้อเพลิงเสียหาย ซึ่งอาจเกิดด้วยกันกับการเกิดก๊าซไฮโดรเจน ทำให้ความหนาของปลอกหุ้มเชื้อเพลิงลดลงไปตามเวลาและอุณหภูมิที่สูงขึ้น
• มีบางสิ่งที่มีความเสี่ยงที่อาจจะเกิดขึ้น ถ้าน้ำในบ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วถูกระบายออกจนหมด ปลอกที่หุ้มเชื้อเพลิงอาจติดไฟและเกิดเซอร์โคเนียมติดไฟ (zirconium fire) ขึ้นได้ ที่ผิวหน้าของบ่อเก็บเชื้อเพลิงมีปริมาณรังสีแกมมาออกจากมัดเชื้อเพลิงใช้แล้ว ซึ่งโดยปกติจะมีค่าต่ำกว่า 2 มิลลิเรมต่อชั่วโมง แต่ถ้าระดับน้ำลดลง ปริมาณรังสีแกมมาก็จะสูงขึ้น ซึ่งภายในอาคารเครื่องปฏิกรณ์จะมีอุปกรณ์ตรวจติดตามปริมาณรังสีตลอดเวลา

สถานะของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

สิ่งที่เกิดขึ้นที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมาไดอิชิ (Fukushima Daiichi) เมื่อวันศุกร์ ที่ 18 มีนาคม เวลา 7.00 น. ตามเวลาท้องถิ่น

เครื่องปฏิกรณ์ยังคงได้รับน้ำทะเลผสมโบรอน ขณะที่แกนเครื่องปฏิกรณ์ได้รับความเสียหาย ความดันของบ่อปรับความดัน (suppression pool) เริ่มสูงขึ้นอีกครั้ง ทำให้มีปัญหาในการลดความดันของอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์ (containment vessel) แต่การเชื่อมต่อไฟฟ้าจากสายส่งก็ใกล้จะสำเร็จแล้ว น้ำปริมาณมากกว่า 65 ตัน ถูกปั๊มและสเปรย์เข้าไปในบ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว Rod McCullu จาก Nuclear Energy Institute กล่าวว่า “ทางญี่ปุ่นกำลังพยายามป้องกันสิ่งที่เกิดขึ้นแล้วกับเครื่องปฏิกรณ์หมายเลข 4” คณะกรรมการกำกับนิวเคลียร์ (NRC) ของสหรัฐเชื่อว่า ไม่มีน้ำเหลืออยู่แล้วในบ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว (spent fuel pool) และระดับรังสีน่าจะสูงมาก ส่วน TEPCO รายงานว่า ส่วนหนึ่งของผนังบ่อซึ่งเป็นคอนกรีตอัดแรงได้พังลงมา แต่แผ่นเหล็กสเตนเลสที่บุภายในยังคงอยู่ เมื่อวันพุธ ระดับน้ำในบ่อเก็บเชื้อเพลงใช้แล้วได้ลดลง 6 นิ้ว ในเวลา 5 ชั่วโมง เครื่องผลิตไฟฟ้าด้วยเครื่องยนต์ดีเซลสามารถใช้งานได้และจ่ายไฟฟ้าให้เครื่องปฏิกรณ์เครื่องที่ 5 กับ 6 แล้ว

ลำดับการเกิดเหตุ

ระดับน้ำในบ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วที่ลดลง: เซอร์โคเนียมทำปฏิกิริยาออกซิไดซ์กับไอน้ำ

การหมุนเวียนของน้ำในบ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วที่ตั้งอยู่ส่วนบนของอาคารเครื่องปฏิกรณ์ ใช้เก็บและระบายความร้อนของเชื้อเพลิงใช้ที่ยังคงร้อนอยู่ รวมทั้งทำหน้าที่ป้องกันรังสีให้กับอาคารไปในตัวด้วย การทำให้น้ำมีอุณหภูมิเย็นลงได้ จำเป็นต้องใช้ไฟฟ้าเข้าไปช่วย

ถ้าระดับน้ำลดลง ระดับรังสีของห้องในบริเวณบ่อจะสูงขึ้นจากนั้นน้ำจะเริ่มเดือด ไอน้ำจะทำปฏิกิริยากับท่อซึ่งเป็นอัลลอยด์ของเซอร์โคเนียม (zirconium alloy) ที่หุ้มเม็ดเชื้อเพลิงยูเรเนียมออกไซด์ (uranium oxide fuel pellets) ปริมาณมากเอาไว้ ทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนที่ไวไฟออกมา ถ้าระดับน้ำลดลงจนสูงกว่าแท่งเชื้อเพลิงไม่กี่ฟุต ความแรงรังสีจะสูงและเป็นอันตรายมากหากใครไปยืนอยู่บริเวณนั้น

เชื้อเพลิงใช้แล้วในบ่อเก็บผุดขึ้นมา : ปลอกหุ้มเซอร์โคเนียมติดไฟ

เมื่อชุดของแท่งเชื้อเพลิง (fuel assembly) ผุดขึ้นมาสัมผัสอากาศ จะเร่งให้ปฏิกิริยาออกซิเดชันของอัลลอยด์เซอร์โคเนียมสูงขึ้น ในทางทฤษฎีแล้วอาจระเบิดได้จากการเกิดปฏิกิริยาที่เรียกว่า ปลอกหุ้มเซอร์โคเนียมติดไฟ (zirconium cladding fire) ซึ่งจะทำให้ผลผลิตฟิชชัน (fission product) ที่มีกัมมันตภาพรังสีที่เป็นสารระเหยรั่วไหลออกมาสู่บรรยบากาศได้ รวมทั้ง ไอโอดีน-131 (iodine-131) ซีเซียม-137 (cesium-137) สตรอนเทียม-90 (strontium-90) และพลูโตเนียม-239 (plutonium-239) การเทน้ำลงไปยังเซอร์โคเนียมติดไฟ (zirc fire) อาจทำให้เม็ดเชื้อเพลิงร้อนแตกออก ทำให้เกิดไอของธาตุกัมมันตรังสี วิศวกรอาจดับไฟด้วยโฟมหรือทราย

การใช้เฮลิคอปเตอร์และท่อฉีดแรงดันสูง ปล่อยน้ำประมาณ 65 ตันเข้าไปยังบ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว ของเครื่องปฏิกรณ์ Fukushima Daiichi เครื่องที่ 3 เมื่อวันพฤหัส เพื่อเติมน้ำในบ่อเก็บเชื้อเพลิงยูเรเนียมใช้แล้ว 88 ตัน ที่ระดับน้ำลดลงจนอยู่ในระดับวิกฤต วิศวกรไม่สามารถวัดอุณหภูมิและระดับน้ำของเครื่องปฏิกรณ์ เครื่องที่ 1 และ 4 ได้ แต่ Rod McCullum จากสถาบันพลังงานนิวเคลียร์ (Nuclear Energy Institute) คาดว่าบ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วของเครื่องปฏิกรณ์เครื่องที่ 4 น่าจะถึงจุดเดือดตั้งแต่วันอังคาร McCullum กล่าวว่า การเดือดอาจไม่ได้ทำให้ปริมาณน้ำในบ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้วลดลงอย่างรวดเร็ว ถ้าไม่มีการไหลออก อาจมีหลายปัจจัยร่วมกัน รวมทั้งการกระฉอกจากการเกิดแผ่นดินไหว การะเหย การเดือด หรืออาจะเกิดรอยร้าว

การอพยพ

รังสีอันตรายอย่างไร

ทางการญี่ปุ่นรายงานว่าระดับรังสีใกล้กับเครื่องปฏิกรณ์ เครื่องที่ 3 ที่โรงไฟฟ้า Daiichi เมื่อเช้าวันจันทร์ อยู่ที่ 400 มิลลิซีเวิร์ตต่อชั่วโมง (millisieverts per hour) ระดับรังสีสูงพอที่จะทำให้เกิดความเสี่ยงต่อพนักงานที่ทำงานบริเวณนั้นได้ แต่ปริมารรังสีที่วัดได้รอบโรงไฟฟ้า อยู่ที่ 8.2 mSv/h ต่ำกว่าปริมาณรังสีเฉลี่ยจากการทำซีทีสแกน (CT scan) ต่อมาผลการวัดได้แสดงให้เห็นว่าปริมาณรังสีได้ลดระดับลงไปอีก

เส้นทางของกลุ่มควันรังสี (plume)

ผู้เชี่ยวชาญคาดว่ารังสีจะถึงอเมริกาเหนือในปริมาณที่น้อยมาก